Piles et oxydoréduction

Résumé du document

Il s'agit d'un cours de 1reS, résumant le principe de l'oxydoréduction (définition oxydant, réducteur, couple redox + formules de cours + principe expliqué avec un schéma bilan qui présente la réaction d'oxydoréduction au niveau de la pile Daniell) . Ce document contient également les différentes piles existant de la pile volta aux piles d'aujourd'hui et détaille leur principe de fonctionnement de façon claire et compréhensible ainsi que leurs avantages et inconvénients.

Extraits

[...] Oxydation du couple redox du zinc Zn Zn2+ Lorsque pile débite de l'énergie électrique, l'équation globale est donc la suivante : 2 MnO2 + 2 + Zn 2 MnO(OH) + Zn2+ Avantages : La cathode est remplacée par tige en charbon et MnO2 élimine les produits parasites Utilisation d'électrolyte ss forme de gel absence d'ions hydroxyles le Zinc ne se consomme plus spontanément Ne s'use pas (vite) quand on l'utilise pas de liquide = pas d'évaporation c. Pile alcaline Description : Son nom vient du fait que les deux électrodes se trouvent dans un électrolyte alcalin + HO Comme pr pile saline : cathode formée contient dioxyde de manganèse réduit et anode ou le zinc s'oxyde Avantages : Courant plus intense Durée de vie accrue d. Les piles à combustibles Eau (H2O) + Azote Description : Pile alimentée en continu par des réactifs. [...]

[...] Couple oxydant/réducteur Un couple oxydant/réducteur est l'ensemble formé par un oxydant et un réducteur couple redox (noté Oxydant/Réducteur) qui possèdent le même élément et sont susceptible d'échanger des électrons (transferts dans une demi-équation d'oxydoréduction du type : Réducteur Réducteur Oxydant + ne- Oxydant + ne- Exemples : * Couple 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞)/𝐶𝑢(𝑠): 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞)+2𝑒−=𝐶𝑢(𝑠) * Couple 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞)/𝑍𝑛(𝑠): 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞)+2𝑒−=𝑍𝑛(𝑠) * Couple 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞)/𝐹𝑒2+(𝑎𝑞): 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞)+𝑒−=𝐹𝑒2+(𝑎𝑞) Remarque : L'écriture des demi-équations rédox est fondée sur les lois de conservation des éléments et des charges électriques Méthode d'équilibre des demi-équations d'oxydoréduction - Équilibrer les oxygènes en ajoutant des molécules d'eau H2O ds l'eau pr solutions aqueuses - Équilibrer les hydrogènes en ajoutant des ions pr réactions en milieu acide - Équilibrer les charges électriques en ajoutant des électrons Réaction d'oxydoréduction Mise en contact de deux couples rédox réaction d'oxydoréduction ( se déroule simultanément) Transfert d'électrons entre les réactifs Le réducteur se transforme et libère électron, et un autre élément chimique, l'oxydant, le capte pour se transformer également (au cours d'une oxydation les électrons ne s'en vont pas n'importe où) Couple 𝑜𝑥1/𝑟𝑒𝑑1 O𝑥1+𝑛1 𝑒− = 𝑟𝑒𝑑1 (x𝑛2) Couple 𝑜𝑥2/𝑟𝑒𝑑2 𝑟𝑒𝑑2 = O𝑥2+𝑛2 𝑒− (x𝑛1) 𝑛2 O𝑥1+𝑛1 𝑟𝑒𝑑2 𝑛2 𝑟𝑒𝑑1+𝑛1 O𝑥2 On connait le sens de l'équation bilan grâce a l'échelle Redox qui a donné le potentiel le plus fort Remarque : Faire disparaitre les électrons (c'est pr ca que l'on multiplie par n1 et n2) car ne doivent pas apparaitre ds l'équation d'oxydoréduction II. Les piles 1. Définition Une pile est un générateur électrochimique (conversion d'énergie chimique en énergie électrique) dans lequel se déroule une réaction d'oxydoréduction entre deux couples redox Elle est constituée de l'assemblage de deux compartiments (appelées demi-piles) qui possèdent chacune un conducteur métallique par lequel le courant arrive ou sort (appelés électrode) en contact avec un milieu ionique (ions libres le font se comporter comme un conducteur électrique) appelé électrolyte. [...]

[...] Les produits formés sont éliminés de la pile en continu. Utilisation de combustibles (matière capable de brûler au contact du dioxygène) stockés séparément (voir schéma) tels que l'hydrogène, le méthanol et de l'oxygène der l'air. Réaction se fait avec catalyseur comme le platine Echelle des potentiels redox (pr les principaux couples) : Potentiel électrique : potentiel qu'a une molécule pour libérer un électron - de facilité). La tension électrique dans un circuit correspond à la différence de potentiel électrique entre l'anode et la cathode. [...]

[...] Transfert indirect d'électrons dans les piles vè = Electrons captés = Electrons captés = Electrons libérés = Electrons libérés Assure la continuité et la neutralité électrique Observation : La lame de cuivre s'épaissit (Des ions métalliques sont consommés diminution concentration Cu2+ et des atomes métalliques sont formés et celle de Zinc s'amincit (Le métal est consommé et des ions métalliques sont formés augmentation concentration Zn2+) + courant de 1,1V. La pile transforme de l'énergie chimique en énergie électrique qu'elle transfère au circuit extérieur. Et le passage du courant électrique au niveau du circuit extérieur est assuré par des électrons qui se déplacent de la borne - vers la borne (inverse au sens conventionnel du courant) les électrons quittent le réducteur par la borne négative pour aller réduire le produit oxydant sur l'autre borne Différents types de piles a. [...]

[...] Piles et Oxydoréduction I. Réaction d'oxydoréduction 1. Couple oxydant/réducteur a. Oxydant Un oxydant est une espèce susceptible de capter un ou plusieurs électrons. Exemple : l'ion cuivre 𝐶𝑢2+ est un oxydant car il est capable de donner du cuivre en captant deux électrons. 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞)+2𝑒−=𝐶𝑢(𝑠) b. [...]